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Die
Erfindung geht von einer Zündspule
einer Zündanlage
einer Brennkraftmaschine gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
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Eine
derartige Zündspule
ist aus der Praxis bekannt und dient insbesondere zur Ansteuerung
einer Zündkerze
einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine.
Die Zündspule
bildet einen Energiespeicher und Transformator, mittels dessen elektrische
Energie einer vergleichsweise niedrigen Versorgungsspannung, die
in der Regel durch ein Gleichspannungsbordnetz des betreffenden
Kraftfahrzeuges bereitgestellt wird, in magnetische Energie umgewandelt
wird, welche zu einem gewünschten
Zeitpunkt, zu dem ein Zündimpuls an
die zu einer Zündung
eines Kraftstoffgemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine dienenden Zündkerze
abgegeben werden soll, in einen Hochspannungsimpuls umgesetzt wird.
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Die
bekannte Zündspule
umfasst ein Gehäuse,
in dem ein magnetisch wirksamer Kern aus ferromagnetischem Material,
beispielsweise aus Eisen, angeordnet ist. Der Kern ist von einer
ersten, mit einer Versorgungsspannung verbundenen, so genannten
Primärwicklung
und einer zweiten, mit einem Hochspannungsanschluss der Zündspule
verbundenen, so genannten Sekundärwicklung
umschlossen. Die beiden Wicklungen sind üblicherweise aus Kupferdraht
gefertigt.
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Zur
Umwandlung der von dem Gleichspannungsbordnetz des Kraftfahrzeuges
gelieferten Spannung in eine Hochspannung fließt durch die Primärwicklung
ein Strom, durch den ein diese Wicklung umgebendes, geschlossenes
und eine bestimmte Richtung aufweisendes Magnetfeld entsteht. Um
die gespeicherte elektrische Energie in Form von Hochspannungsimpulsen
abzugeben, wird der elektrische Strom abgeschaltet, so dass das
aufgebaute Magnetfeld zu einer Richtungsänderung gezwungen wird. Dadurch
resultiert in der Sekundärwicklung,
welche nahe an der Primärwicklung
ausgebildet ist und eine sehr viel größere Windungszahl als die Sekundärwicklung
aufweist, eine elektrische Hochspannung. Durch Umsetzung der nun
elektrischen Energie an der Zündkerze
bricht das zuvor ausgebildete Magnetfeld zusammen. Die Zündspule
entlädt
sich. In Abhängigkeit
von der Auslegung der Sekundärwicklung können die
Hochspannung, ein Funkenstrom und eine Funkendauer bei der Zündung des
in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespeisten Kraftstoffgemisches
den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
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Zur
Gewährleistung
der Funktion der Zündspule
ist es erforderlich, dass die in ihr generierte Hochspannung gegen
andere elektrisch leitfähige Teile
isoliert ist. Die elektrische Isolierung der Sekundär- bzw.
Hochspannungswicklung erfolgt in der Regel mittels elektrisch isolierender
Materialien und/oder durch Luftspalte zu anderen elektrisch leitfähigen Teilen.
Wenn eine derartige Isolierung unzureichend ist, kann es zu einem
so genannten elektrischen Nebenschluss bzw. zu einem elektrischen Durchschlag
von der Hochspannungswicklung zu einem anderen elektrisch leitfähigen Bauteil
der Zündspule
kommen. Dies hat zur Folge, dass am Hochspannungsanschluss der Zündspule
nur noch eine reduzierte Hochspannung zur Verfügung steht, die im Allgemeinen
zur Durchführung
eines zuverlässigen Zündvorgangs
an der Zündkerze
nicht mehr ausreicht.
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Hinsichtlich
eines elektrischen Durchschlags kritische Bauteile der Zündspule
können
die Wicklungen und insbesondere Bestandteile des magnetisch wirksamen
Kerns sein. Der Kern liegt in der Regel auf Masse, so dass zwischen
der auf Hochspannung liegenden Sekundärwicklung und dem magnetisch wirksamen
Kern eine große
elektrische Potenzialdifferenz gegeben ist.
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Das
Risiko eines elektrischen Durchschlages ist nicht allein durch die
Potenzialdifferenz sondern auch durch die elektrische Feldstärke bestimmt, die
zwischen der Hochspannungswicklung und dem jeweiligen elektrisch
leitfähigen
Bauteil anliegt. Die elektrische Feldstärke ist stark abhängig von
den vorliegenden geometrischen Bedingungen. Insbesondere eckige
oder sogar spitze Oberflächenkonturen
des jeweiligen Bauteils führen
physikalisch bedingt zu lokalen Feldstärkeerhöhungen, welche wiederum einen
elektrischen Durchschlag begünstigen.
Ecken, Spitzen oder auch Kanten an elektrisch leitfähigen Teilen,
die im Einflussbereich der Hochspannung angeordnet sind, stellen
bei einer Zündspule
also ein potenzielles Risiko hinsichtlich eines elektrischen Durchschlages
dar.
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Der
magnetisch wirksame Kern besteht üblicherweise aus gestanzten
Einzelblechen, die zu einem Stapel bestimmter Höhe paketiert sind. Dadurch hat
der Stapel insbesondere an seinen Flanken zahlreiche eckige bzw.
spitze Unebenheiten, die beim Betrieb der Zündspule zu starken Feldüberhöhungen und
dadurch zu einem Durchschlag führen
können. Um
elektrische Durchschläge
zu vermeiden, wurden bisher entsprechend große Isolationsabstände eingehalten
oder, wenn möglich,
entsprechend gute Isolationsmaterialien eingesetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündspule der einleitend genannten
Art zu schaffen, bei der trotz Vorliegens einer rauen Oberfläche an einem
elektrisch leitfähigen
Bauteil ein geringes Risiko eines elektrischen Durchschlags besteht
und die mit einer geringen Baugröße realisierbar
ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Zündspule
einer Zündanlage
einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1, bei welcher Zündspule zumindest ein elektrisch
leitendes Bauteil zumindest bereichsweise mit einem Mittel zum elektrisch
wirksamen Einebnen seiner Oberfläche
versehen ist, hat den Vorteil, dass konstruktionsbedingte, einen
elektrischen Durchschlag begünstigende
Unebenheiten, wie Ecken, Kanten, Grate oder dergleichen, an dem
elektrisch leitenden Bauteil ausgeglichen sind und die Gefahr eines
elektrischen Durchschlags minimiert ist. Dadurch kann gegenüber dem
Stand der Technik bei einer konstanten Potenzialdifferenz zwischen
diesem Bauteil und einem hochspannungsführenden Bauteil der Abstand
verringert werden, was geringere Baugrößen der Zündspule zulässt. Alternativ kann auch bei
gleichem Abstand eine größere Potenzialdifferenz
zwischen einem hochspannungsführenden
Bauteil und dem mit dem Mittel zum elektrisch wirksamen Einebnen
seiner Oberfläche
versehenen Bauteil erreicht werden, was wiederum zu einer Leistungsverbesserung
der Zündspule
führt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Zündspule
nach der Erfindung ist das Mittel zum elektrisch wirksamen Einebnen
der Oberfläche
des elektrisch leitenden Bauteils aus einer elektrisch leitfähigen Umhüllung gebildet,
die eine glatte Oberfläche
hat. Diese Umhüllung
ist ein einfach aufzubringendes Mittel, um eine raue Oberfläche des
elektrisch leitenden Bauteils, d. h. dessen Unebenheiten, in elektrisch
wirksamer Weise zu verdecken bzw. abzuschirmen. Die Umhüllung reduziert
also durch Unebenheiten des elektrisch leitenden Bauteils entstehende
Feldstärkeüberhöhungen deutlich.
Dadurch ist auch das Risiko eines elektrischen Durchschlags zwischen
einem hochspannungsführenden
Bauteil und dem mit der Umhüllung
versehenen Bauteil herabgesetzt.
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Die
elektrisch leitfähige
Umhüllung
ist gegebenenfalls nur in denjenigen Bereichen des elektrisch leitenden
Bauteils ausgebildet, die Unebenheiten aufweisen und somit die Gefahr
von Durchschlägen
bergen.
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Die
Umhüllung
besteht beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff,
der auf das betreffende elektrisch leitende Bauteil aufgespritzt
ist oder als separates Teil auf das elektrisch leitende Bauteil
aufgesetzt ist. Es muss stets gewährleistet sein, dass die Umhüllung und
das elektrisch leitende Bauteil miteinander kontaktiert sind.
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Die
Umhüllung
aus dem elektrisch leitfähigen
Kunststoff hat beispielsweise eine Dicke zwischen 0,1 mm und 1 mm
und vorzugsweise von 0,5 mm.
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Insbesondere
ist das elektrisch leitende Bauteil der magnetisch wirksame Kern
der Zündspule, der
in der Regel aus einem Blechpaket gebildet ist, das aus gestanzten
Einzelblechen aufgebaut ist und mithin an seinen Flanken Ecken,
Kanten, Grate oder dergleichen aufweisen kann.
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Die
Zündspule
nach der Erfindung ist beispielsweise als Kompaktzündspule
ausgebildet, die einen so genannten I-Kern und einen so genannten Umfangskern
bzw. O-Kern aufweist, der mit dem I-Kern einen magnetischen Kreis
bildet und die Anordnung aus der Primärwicklung und der Sekundärwicklung
umschließt.
In diesem Fall kann das mit dem Mittel zum Einebnen der Oberfläche versehene Bauteil
der I-Kern und/oder der Umfangskern sein.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach
der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Zwei
Ausführungsbeispiele
einer Zündspule nach
der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt
und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
Draufsicht auf eine Zündspule nach
der Erfindung;
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2 einen
Schnitt durch die Zündspule nach 1 entlang
der Linie II-II in 1; und
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3 eine
ausschnittsweise, allgemeine Schnittdarstellung durch eine Zündspule.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In
den 1 und 2 ist eine Zündspule 10 einer ansonsten
nicht näher
dargestellten Zündanlage
einer als Otto-Motor ausgelegten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges
dargestellt. Die Zündspule 10 dient
zur Versorgung einer hier ebenfalls nicht näher dargestellten Zündkerze
mit Hochspannungsimpulsen, so dass ein im Brennraum der Brennkraftmaschine
enthaltenes Luft/Kraftstoff-Gemisch entzündet werden kann.
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Die
Zündspule 10 stellt
eine Kompaktzündspule
dar und umfasst ein aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff
gefertigtes Gehäuse 12,
in dem in zentraler Lage ein weichmagnetischer, quaderförmiger I-Kern 14 angeordnet
ist.
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Der
magnetisch wirksame I-Kern 14 ist von einem aus Gießharz bestehenden
Isolator 16 umgeben, der als Spulenkörper für eine aus Kupferdraht gebildete,
so genannte Primärwicklung 18 dient,
die über
einen Niederspannunganschluss 20 mit einem Gleichspannungsnetz
des Kraftfahrzeuges verbunden ist und so mit einer Gleichspannung
von beispielsweise 12 V versorgt werden kann.
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Die
Primärwicklung 18 ist
wiederum von einem Spulenkörper 22 umgeben,
der als Träger
für eine
so genannte Sekundärwicklung 24 dient,
die im Betrieb auf Hochspannung liegt und mit einem Hochspannungsanschluss 26 verbunden
ist, der zur Verbindung mit einer Zündkerze dient.
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Der
I-Kern 14, der Spulenkörper 16,
die Primärwicklung 18,
der Spulenkörper 22 und
die Sekundärwicklung 24 bilden
eine Baueinheit, die zur Fixierung in dem Gehäuse 12 in hier nicht
näher dargestellter
Weise in Gießharz
eingegossen ist.
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In
Höhe des
I-Kerns 14 ist das Gehäuse 12 von
einem so genannten O-Kern bzw. Umfangskern 28 umgeben,
der aus einem Blechpaket, d. h. geschichtetem Eisenblech, gebildet
ist und mit dem I-Kern 14 zur Bildung eines magnetischen
Kreises verbunden ist. Der O-Kern hat an seiner dem Niederspannungsanschluss 20 abgewandten
Seite ein so genanntes Anschraubauge 30, das zur Massekontaktierung
dient.
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An
seiner Innenseite, d. h. an seiner der Sekundärwicklung 24 zugewandten
Seite ist der O-Kern 28 mit
einer aufgespritzten, elektrisch leitfähigen Kunststoffumhüllung 31 versehen,
die über
eine glatte Oberfläche
an das Gehäuse 12 grenzt
und als Mittel zum elektrisch wirksamen Einebnen der innenseitigen
Oberfläche
des ein Blechpaket darstellenden O-Kerns 28 dient. Die Umhüllung 31 hat
eine Dicke von etwa 0,5 mm.
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3 zeigt
eine schematische, allgemeine Darstellung der Verhältnisse
bei einer erfindungsgemäßen Zündspule 32 und
verdeutlicht die durch eine Kunststoffumhüllung entstehende "elektrische Einebnung" der ansonsten durch
die Kanten des Eisenkerns entstehenden Feldüberhöhungen, durch die das Risiko
eines elektrischen Durchschlags sehr viel höher wäre. Eine derartige Kunststoffumhüllung kann bei
Kompaktzündspulen,
aber auch beispielsweise bei Stabzündspulen eingesetzt werden.
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Die
Zündspule 32 weist
einen magnetisch wirksamen Eisenkern 37 auf, der aus einem
Blechpaket gebildet ist. Der Eisenkern 37 hat eine mit
Kanten ausgebildete Flanke 33 und ist von einer aus elektrisch
leitfähigem
Kunststoff bestehenden Umhüllung 34 umschlossen,
die eine glatte Oberfläche
hat und ein Mittel zum elektrisch wirksamen Einebnen der Flanke 33 darstellt.
Im Bereich der Ecken des Eisenkerns 37 ist die Umhüllung 34 mit
Radien versehen.
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Der
Eisenkern 37 und die Umhüllung 34 sind wiederum
in einem Isoliermaterial 35 eingebettet, das beispielsweise
aus Gießharz
besteht.
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Der
Eisenkern 37 wirkt mit einer Sekundär- bzw. Hochspannungswicklung 36 zusammen,
von der in 3 die äußere Wickellage dargestellt
ist und die mit einem Hochspannungsanschluss verbunden ist, sowie
einer Niederspannungs- bzw. Primärwicklung
zusammen, die in 3 nicht näher dargestellt ist und mit
einem Niederspannungsanschluss verbunden ist.